import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: DickYang
 * Date: 2023-07-22
 * Time: 16:36
 */
public class Sort {

    /**
     *   直接插入排序
     *   时间复杂度: O(N^2)
     *      最好情况下的时间复杂度:O(N)
     *          当数据趋于有序的时候,排序的速度非常快
     *              一般的场景就是数据基本有序,建议使用直接插入排序
     *   空间复杂度: O(1)
     *   稳定性:稳定
     *      如果一个排序为稳定的时候,那么可是实现为不稳定的
     *      如果一个排序为不稳定的时候,那么它是不可能称为稳定的
     */
    public static void insertSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            for (int j = i-1 ; j >= 0 ; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j+1] = array[j];
                } else {
                    array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 希尔排序(缩小增量排序)
     * 时间复杂度: O(N^1.3) - O(N^1.5)
     * 空间复杂度: O(1)
     * 稳定性:不稳定
     */
    public static void ShellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        while(gap > 1) {
            Shell(array,gap);
            gap /= 2;
        }
        Shell(array,1);
    }
    private static void Shell(int[] array,int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i-gap;
            for ( ; j >= 0 ; j-=gap) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j+gap] = array[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            array[j+gap] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度: O(N^2)
     * 空间复杂度: O(1)
     * 稳定性:不稳定
     */
    public static void checkSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i+1; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array,i,minIndex);
        }
    }

    private static void swap(int[] array,int i,int j) {
        int tmp = array[i] ;
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度: O(N*logN)
     * 空间复杂度: O(1)
     * 稳定性:不稳定
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        createBigHeap(array);
        int end = array.length-1;
        while(end > 0) {
            swap(array,end,0);
            shiftDown(array,0,end);
            end--;
        }
    }
    private static void createBigHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length-1-1)/2; parent >= 0 ; parent--) {
            shiftDown(array,parent,array.length);
        }
    }
    private static void shiftDown(int[] arrar,int parent,int len) {
        int child = 2*parent+1;
        if (child+1 < len && arrar[child+1] < arrar[child]) {
            child++;
        }
        while(child < len) {
            if (arrar[child] < arrar[parent]) {
                swap(arrar,child,parent);
                parent = child;
                child = 2*parent+1;
            }else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度: (不考虑优化) O(N^2)
     * 空间复杂度: O(1)
     * 稳定性: 稳定
     */
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if (array[j] > array[j+1]) {
                    swap(array,j,j+1);
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度: O(N*logN)
     *          最好情况: O(N*logN)
     *          最坏情况: O(N^2) 有序、逆序
     * 空间复杂度:
     *          最好情况: O(logN)
     *          最坏情况: O(N)
     * 稳定性: 不稳定
     */
    public static void quickSort(int[] array) {
        quick(array,0,array.length-1);
    }
    private static void quick(int[] array,int stact,int end) {
        //为什么取> : 当array有序,end就会为负数
        if (stact >= end) {
            return;
        }
        //优化2：插入排序 -- 主要解决递归的次数
        if(end - stact +1 <= 10) {
            insertSort1(array,stact,end);
            return;
        }
        //优化1：三数取中法 -- 消除最坏情况 -> 本身数据就是有序的
        int index = minThree(array,stact,end);
        swap(array,index,stact);
//        System.out.println("stact " + stact + " , " + "end: " + end);

        int rVal = referenceValue2(array,stact,end);

        quick(array,stact,rVal-1);
        quick(array,rVal+1,end);
    }
    //优化1：三数取中法
    private static int minThree(int[] array,int left,int right) {
        int mid = (left + right)/2;
        if (array[left] < right) {
            if (array[mid] > array[right]) {
                return right;
            }else if(array[mid] < array[left]) {
                return left;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if (array[mid] < array[right]) {
                return right;
            }else if(array[mid] > array[left]) {
                return left;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }

    //优化2：插入排序
    private static void insertSort1(int[] array,int left ,int right) {
        for (int i = left; i <= right; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i-1;
            for ( ; j >= left ; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j+1] = array[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;
        }
    }

    //法1：挖坑法
    private static int referenceValue(int[] array,int left,int right) {
        int tmp = array[left];
        while(left < right) {
            //如果数组:1,2,3,4,5 则right就减出去了
            while(left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            array[left] = array[right];

            while(left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }

    //法2：Hoare法
    private static int referenceValue1(int[] array,int left,int right) {
        int tmp = array[left];
        while(left < right) {
            //right找到比基准值小
            while(left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            //left找到比基准值大
            while(left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            //交换
            swap(array,left,right);
        }
        swap(array,0,left);
        return left;
    }

    //法3：前后指针法
    private static int referenceValue2(int[] array,int left,int right) {
        int prev = left;
        int cur = left + 1;
        while (cur <= right) {
            if (array[cur] < array[left] && array[++prev] != array[cur]) {
                swap(array, cur, prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(array, prev, left);
        return prev;
    }

    /**
     * 非递归实现快速排序
     */
    public static void nonRecursionQuickSort(int[] array) {
        Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();
        int left = 0;
        int right = array.length-1;
        int pivot = referenceValue1(array,left,right);
        if (pivot > left+1) {
            stack.push(left);
            stack.push(pivot-1);
        }
        if (pivot < right-1) {
            stack.push(pivot+1);
            stack.push(right);
        }
        while(!stack.isEmpty()) {
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            pivot = referenceValue1(array,left,right);
            if (pivot > left+1) {
                stack.push(left);
                stack.push(pivot-1);
            }
            if (pivot < right-1) {
                stack.push(pivot+1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }

    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度： O(N*logN)
     * 空间复杂度： O(N)
     * 稳定性：稳定
     */
    public static void mergerSort(int[] array) {
        alvage(array,0,array.length-1);
    }
    private static void alvage(int[] array,int left,int right) {
        if (left >= right) {
            return;
        }
        int mid = (left+right)/2;
        //分解
        alvage(array,left,mid);
        alvage(array,mid+1,right);
        //合并
        merge(array,left,right,mid);
    }
    private static void merge(int[] array,int start,int end,int mid) {
        int s1 = start;
        int s2 = mid+1;
        int[] tmp = new int[end-start+1];
        int k = 0;
        while(s1 <= mid && s2 <= end) {
            if (array[s1] <= array[s2]) {
                tmp[k++] = array[s1++];
            }else {
                tmp[k++] = array[s2++];
            }
        }
        while(s1 <= mid)  {
            tmp[k++] = array[s1++];
        }
        while(s2 <= end)  {
            tmp[k++] = array[s2++];
        }

        //把排完序的数组拷贝到原数组中
        for (int i = 0; i < tmp.length; i++) {
            array[i+start] = tmp[i];
        }
    }

    /**
     * 非递归归并排序
     * 时间复杂度：
     * 空间复杂度：
     * 稳定性：稳定
     */
    public static void nonRecursionMergerSort(int[] array) {
        int gap = 1;
        while( gap < array.length) {
            for (int i = 0; i < array.length; i += gap*2) {
                int left = i;
                int mid = left+gap-1;
                if (mid > array.length) {
                    mid = array.length-1;
                }
                int right = mid+gap;
                if (right > array.length) {
                    right = array.length-1;
                }
                merge(array,left,right,mid);
            }
            gap *= 2;
        }
    }

    /**
     * 计数排序 -> 一组集中在某个范围的数据
     * 时间复杂度: O(N+len的范围)
     * 空间复杂度: O(len的范围)
     * 稳定性: 不稳定
     */
    public static void countSort(int[] array) {
        //1.找到最大值和最小值
        int min = array[0];
        int max = array[0];
        for (int i = 1 ; i < array.length ; i++) {
            if (array[i] < min) {
                min = array[i];
            }
            if (array[i] > max) {
                max = array[i];
            }
        }
        //2.根据最大最小值计算出计数数组的长度
        int len = max - min + 1;
        int[] count = new int[len];
        //3.遍历array数组,在count数组中记录每个数字出现的次数
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            count[array[i]-min]++;
        }
        //4.遍历计数数组
        int index = 0;//array的新下标
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while(count[i] > 0) {
                array[index] = i+min;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }
}
